Nanosized FeS/ZnS heterojunctions derived using zeolitic imidazolate Framework-8 (ZIF-8) for pH-universal oxygen reduction and High-efficiency Zn–air battery

沸石咪唑盐骨架 咪唑酯 催化作用 异质结 电池(电) 化学工程 材料科学 化学 无机化学 金属有机骨架 光电子学 吸附 功率(物理) 有机化学 量子力学 物理 工程类
作者
Teng Zhang,Shumei Mao,Peng Sun,Xiaoyi Gao,Hui Fang,Haotian Luo,Weifen Zhang,Baolong Zhou
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:608 (Pt 1): 446-458 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.09.134
摘要

Low-cost, stable, and highly active electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR), especially for pH-universal ORR, are vital for developing numerous renewable energy devices. Herein, a hierarchical N, S-codoped porous carbon-based catalyst (ZFP-800) coupled with abundant FeS/ZnS heterojunctions was facilely prepared via direct pyrolysis of a Ferrocene-crosslinked pyrrole hydrogel composited with zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) templates. Compared with the heterojunction-free catalytic activity, the ZFP-800 catalytic activity was significantly higher in pH-universal ranges. Moreover, the ZFP-800 exhibited competitive ORR performance to commercial Pt/C (20%) in various electrolytes, in terms of onset (Eonset), half-wave potentials (E1/2), limiting current density (JL), durability, and methanol immunity. For instance, it exhibited super ORR catalytic activity on Eonset and E1/2, and exceeded that of the benchmark Pt/C in both the alkaline and neutral media. Furthermore, the application of ZFP-800 as a cathode catalyst in a home-made Zn-air battery demonstrated its operation capability in ambient conditions with a competitive performance on the specific energy density (828 mA·h·gZn-1), maximum discharge power density (205.6 mW·cm-2), rate performance, and the long-term stability (188 h at 5 mA·cm-2). This study can facilitate the development of advanced heterojunction-based materials for renewable energy applications.
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